德国研究发现新冠病毒刺突蛋白新致病机理

科研认知，新冠病毒通过其表面刺突蛋白与ACE2受体蛋白接触，发生膜融合（Membranfusion）入侵人体细胞。最新研究揭示了刺突蛋白在新冠疾病中的又一致病机理：体细胞融合。德国联邦机构保罗•埃利希研究所科研团队通过开发新的分析方法实现了对这种融合的测量。在细胞培养中，仅微量的刺突蛋白就能实现受感染细胞和未感染细胞的融合，进而导致细胞死亡。表面带有刺突蛋白的病毒颗粒仅通过接触就能促使细胞间的融合。该研究结果目前已经发表在iScience期刊（网络版）。

刺突蛋白除了在传染机制上的作用，在致病机制上同样发挥重要作用。科研人员认为，病亡患者肺部融合的细胞是病毒刺突蛋白致病机理的证明。保罗•埃利希研究所跨学科研究小组在Christian Buchholz教授带领下，通过细胞培养研究了刺突蛋白介导下膜融合发生的程度。新量化测量方法基于人类免疫缺陷病毒（HIV）介导细胞融合的测量方法。作为测量的对象细胞（Reporter），分为α和ω两部分，只有当这两个类型的细胞（α和ω）发生了融合，才成为一个完整的测量对象，并通过流式细胞术（Flow cytometry）和荧光显微镜检测出来。检测中同时借助了蛋白质印迹法（免疫印迹试验Western Blot）。

检测最重要的发现就是病毒刺突蛋白在介导细胞融合时巨大的活性，几乎无法检测到的微量刺突蛋白就足以引发细胞融合，导致细胞死亡。此外研究还发现，向新冠疾病患者注射还有抗体的血清，虽然能够抑制病毒通过膜融合入侵人体细胞，但不能阻止携带刺突蛋白细胞间的融合。

强大的融合能力是新冠病毒感染致病和持久感染能力的重要因素，相近的例子是麻疹病毒和疱疹病毒。根据研究小组的结果，中和抗体对于（阻止）融合进程的影响有限。

PS：下图为显微镜下拍摄的刺突蛋白介导下的细胞融合。图中箭头为多个融合细胞的细胞核（橙色）聚集。获取更多前沿科技 研究访问：https://byteclicks.com

新冠病毒刺突蛋白将人体细胞变成病毒工厂——刺突蛋白引发融合含超过100个细胞核的巨型细胞

刺突蛋白（Spike-Protein)不仅帮助冠状病毒进入细胞，而且还明显引发未感染细胞的融合，造成的结果是产生变形细胞和大量组织损伤。

冠状刺突蛋白是Sars-CoV-2冠状病毒最重要的开门器，因为病原体的蛋白质刺头部分很紧，所以病原体会与人体细胞上的ACE2受体结合，由此开启病毒进入细胞并繁殖的过程。对于被感染的细胞来说，这种侵害是致命的：它们首先被转化为病毒工厂，然后死亡。

　　 1.病毒蛋白细胞融合

　　不仅受感染的细胞会灭亡，根据保罗·埃利希研究所由塞缪尔·特乌尔卡夫（Samuel Theuerkauf）领导的科研团队研究结果，冠状病毒甚至会对未感染的细胞和组织造成严重损害。刺突蛋白的“副作用”不仅在于它一方面操纵被感染细胞的膜，同时还可以触发细胞之间的融合。

　　 细胞融合过程中，与刺突蛋白的接触导致邻近细胞的膜打开，然后融合在一起。一方面，这是由受感染细胞新产生并向外转化的病毒蛋白发生的，但也可能是由分离的浮峰蛋白引起的；而另一方面，还有一种所谓的“从无到有融合”（Fusion-from-without, FFWO）细胞融合——与分离的蛋白质颗粒接触就足够了，而无需存在完整的病毒。此类病毒细胞融合也发生在麻疹病毒，单纯疱疹病毒或逆转录病毒（如HIV）感染中。

　　 2. 含有100多个细胞核的巨型细胞

　　 为了找出Sars-CoV-2是否以及如何有效触发这些细胞融合，特乌尔卡夫团队的科学家在细胞培养物中用特殊的荧光标记物标记了人类细胞，如果它们颜色突出，则表明已经发生了细胞融合。在测试中，研究人员用一种特殊方法将带有刺突蛋白的载体病毒添加到了细胞中，而在另一种测试过程中，则分离出了没有完整病毒的蛋白颗粒。结果表明，即使是极少量的带有刺突蛋白的载体病毒，在细胞培养中也足以融合感染和未感染的细胞并使它们死亡，这种融合会影响其表面具有ACE2受体的所有细胞。加入几纳克蛋白质后，它们在数小时内形成了大型合胞体，即长串新冠病毒（Long Covid），融合形成拥有10到100个细胞核的巨型细胞。

　　 特乌尔卡夫科研团队的结论是：刺突蛋白的合胞体形成活性非常明显，不仅在其速度和程度上，而且所需的蛋白在量上都非常小。

　　 3. 与蛋白质的外部接触就足够了

　　  冠状病毒在细胞融合的第二种形式(“从无到有融合”（Fusion-from-without, FFWO)中也同样有效：仅使细胞与分离的蛋白质颗粒接触就足以使它们融合——即使它们本身并未被病毒感染。保罗·埃利希研究所研究人员指出，目前正在研究验证“从无到有融合”（FFWO）不仅适用于新冠病毒，而且还适用于一般冠状病毒。实验证明冠状病毒已经可以通过与蛋白质接触而产生细胞杀伤作用。这种融合作用还可以解释为什么许多新冠肺炎患者的肺组织中融合了巨型细胞。科学家解释说，这种现象以前在其他肺部感染疾病中还没有观察到。

　　 4. 抗体只能部分阻止融合

　　 研究小组同时使用了三种方法对棘突蛋白的单克隆抗体和两名新冠肺炎康复者血清中的混合抗体进行了测试，目的是弄清楚当冠状病毒受到抗体攻击时会发生什么，这时是否会停止细胞融合。结果是：三种方法均有效地阻止了病毒刺突蛋白“打开”细胞，中和率为97％至99％。然而，抗体不能完全阻止细胞融合：在所有三种方法中，对细胞-细胞融合的影响都降低了一个数量级。因此，即使免疫系统成功抵抗了病毒，这种细胞损伤形式也可能持续一段时间。

　　5. 巨型细胞融合是新冠肺炎长期后遗症的罪魁祸首？

　　科学家推测这种细胞融合可能还在某种形式的长期共生或其他长期后遗症中起作用， 例如麻疹病毒会通过脑中与病毒相关的合胞体引起罕见的长期后遗症；而在在疱疹中合胞体巨细胞出现在皮肤中并导致典型的疱疹症状，为此科学家认为现在有必要研究新冠肺炎患者的细胞融合的具体后果，该融合发生在人体哪些部位以及持续多长时间。